嫩江流域历史洪水传播特征分析

本文根据嫩江干流控制站系列洪水资料,研究了水文过程线形状特征.基于洪水年份的逐日平均水位、流量过程线形态特征的差异进行对比分析,探讨了传播中的峰形特征、洪量特征、传播时间特征.     

国内外河流(网)非线性动力系统防灾分形理论研究综述

正河流(网)非线性动力系统发展一般遵循"相对稳定一混沌一无序一分形自组织一恢复相对稳定"的变化规律,演变过程表现出一定的混沌分形特征。从长序列水文过程分形、洪水分期分形、河流形态演变分形、洪灾时序及频次分形、水文多尺度分形等5个方面,分析探讨了国内外河流(网)动力系统防灾分形理论研究动态及趋势展望。提出水利智能分形复合理论、流域多尺     

地貌形态特征分形信息维数与像元尺度关系研究

本文论述了用分形信息维数(兀D)表征流域地貌形态特征的原理和方法；建立了基于GIS平台流域地貌特征分形信息维数的计算模型；并利用Avenue语言开发了基于Arcview环境下流域地貌特征分形信息维数计算软件。以长江弹子溪小流域为例进行地貌分形信息维数的计算，依据计算数据就地貌形态特征分形信息维数与像元尺度关系进行了分析。结果表明：流域地貌分形信息维数可以较好地作为流域复杂地形地貌形态特征综合性、整体性和科学性的量化指标；像元尺度对地貌分形信息维数的无标度区间确定十分关键；跨流域地貌形态特征分形信息维数计算与评估应以统一像元尺度为前提。     

国内外河流（网）非线性动力系统防灾分形理论研究综述

河流(网)非线性动力系统发展一般遵循"相对稳定—混沌—无序—分形自组织—恢复相对稳定"的变化规律,演变过程表现出一定的混沌分形特征。从长序列水文过程分形、洪水分期分形、河流形态演变分形、洪灾时序及频次分形、水文多尺度分形等5个方面,分析探讨了国内外河流(网)动力系统防灾分形理论研究动态及趋势展望。提出水利智能分形复合理论、流域多尺度洪灾分维动力机制、河型转化分维判别标准、河流演变复合参数分形特征与物理机制、堤防灾变系统演化分形混沌理论、水文多尺度智能分形与决策支持等方面是分形混沌学与水科学、灾害学及人工智能学交叉发展未来取得重要突破的关键方向。     

结构面三维形态测量及表面粗糙度分形分析

针对结构面表面形态各异、难以获得的问题,采用自行研制的结构面三维形态测量装置——变阻式结构面三维形态测量仪,对硬性结构面表面形态进行三维测量,实现了三维曲面形态的图形化。针对结构面粗糙度系数JRC值估测不准,导致结构面精确评价困难的问题,运用分形几何理论进行分析,获取粗糙度系数JRC与分形维数D的函数关系式,并与经典Barton理论相结合,建立了结构面表面三维分形表述的剪切强度模型。实例验证表明,该理论计算模型具有一定应用价值。     

基于DEM的细沟形态分维估算方法探讨

为了促进分形理论在细沟形态量化中的应用,在回顾以往研究的基础上,探讨了一种以DEM为数据源,基于ArcGIS软件的坡面侵蚀地形数据处理、水文信息提取的方法,通过具体实例,运用网格覆盖法实现了细沟形态分形维数的计算,达到了精确、高效的应用效果。     

基于分形理论的区域降雨时间序列特征分析

以浙江省某县年降雨时间序列为例，运用分形理论计算了该区域降雨的分形维数，并分析了所反映的降雨特征。研究表明：分形维数可作为反映区域降雨特点的有价值指标。     

渭河下游河道冲淤规律及断面形态变化研究

渭河具有水沙异源的特性,水量主要来自于咸阳以上干流,沙量主要来源于支流泾河。在天然水沙断面资料分析及实体模型试验研究的基础上,根据平滩水位变化情况等,将泾、渭河洪水分为4类组合,分析了典型年份不同水沙组合条件下渭河下游河道的冲淤规律及主槽形态的变化特点。结果表明:1975年以渭河为主的大洪水,对扩大主槽形态、提高主槽输水输沙能力具有明显作用,而1992年以泾河为主的大洪水的作用却不明显;河道萎缩条件下的1995年小水大沙使主槽严重淤积、变得更为宽浅,断面面积减小。     

长江流域连续大洪水年机理分析及预报

针对长江流域大洪水预报问题,以提高预报可信度、减少误报为目标,依据可公度理论方法,基于长江流域长期历史大洪水资料,综合考虑天文因素、气候特征和局地自然地理特征等因素,采用三元、五元可公度法模型进行预测并对成果进行验证,结合太阳黑子和月球赤纬角等天文因素活动规律进行相关分析与论证,预测长江流域未来洪水年份、连续性、分布区域和洪水量级,并给出相似洪水年份。综合预报成果为:(1)预测2018年长江中下游发生大洪水,赣江、鄂西、长江中下游鄂皖将发生洪水,九江段洪水风险较高;预测2019年长江发生大洪水,长江中下游、太湖流域发生大水的概率较高。(2)预测2018年长江下游大通站流量为72 000 m~3/s,相似年为1999年;预测2019年长江下游大通站流量为72 000 m~3/s,相似年为1995年。研究成果可以为长江流域水文情势分析和大洪水预测提供可行方法。     

模拟降雨条件下径流侵蚀力与地貌特征的动态响应关系

本文通过模拟降雨模型试验,用高精度摄影测量、GIS技术和分形理论,对不同雨强条件下小流域模型次降雨径流侵蚀力和地貌形态分形维数变化及其动态响应关系进行了研究。结果表明,基于次降雨洪峰流量模数和径流深乘积的流域尺度径流侵蚀力量化方法揭示了径流的做功效率;大雨强的次降雨径流侵蚀力明显高于小雨强,不同雨强的次降雨径流侵蚀力随模拟降雨场次增加均呈现较为相似的变化趋势;小流域模型历经25场模拟降雨,地貌形态趋于复杂化,地貌形态分形维数呈波动增加趋势;小流域模型地貌形态分形维数的所处取值范围对于相同降雨条件下次降雨径流侵蚀力变化趋势具有决定性影响。本研究揭示了地貌形态特征与次降雨径流侵蚀力空间变异定量作用关系,提高了流域尺度土壤侵蚀预报模型精度和适用性。     

塔城水电站筑坝材料的分形维数及其统计特征

粗粒料的颗粒组份大小、形状及其接触方式决定了粗粒料的物理与力学性质,而分形几何在描述上述问题时具有独特优势。以塔城水电站筑坝材料为研究对象,通过建立分形模型,研究粗粒料的分形特性和细料含量对其分形维数的影响,在此基础上建立粗粒土分形维数的统计模型。利用试验成果对该模型进行了参数估计,通过拟合优度检验验证了模型的合理性。分析结果表明,塔城水电站筑坝材料的粒径分布具有较好的分形特性,分形维数介于1.181 9~2.632 3,且服从Weibull概率分布模型。粗粒土中分形维数与细料的含量呈显著正相关,两者的关系可用对数函数描述。上述分析表明,可以用分形维数代替级配曲线来表示堆石料的粒径分布特征,从而使问题得以简化。     

颗粒材料破碎能耗分形理论研究

大理岩颗粒材料破碎具有分形特征,为了研究颗粒压缩破碎的分形特征,结合大量的单颗粒破碎试验,得出了颗粒破碎粒径分布图,将颗粒破碎的形态特征分为3类,指出破碎形态与颗粒形状的关系。同时根据试验结果,确立了颗粒破碎时的变形与粒径的关系,并以此为依据,首次建立了颗粒破碎能耗与分形维数的关系。基于压缩破碎的试验结果得出分形维数,试验选取的颗粒破碎的分形维数D为2.48。所有的结论都建立在试验的基础上,所用假设经过试验结果的验证,与试验结果十分吻合。     

非均匀沙床面粗糙度的分形特征

本文在分析非均匀沙床面颗粒随机分布特性的基础上，对床面颗粒暴露度函数关系进行了分析，通过简化颗粒的排列方式，利用分形理论研究了初始及粗化床面糙度的分形特征，结合实验资料讨论了床面糙率n与糙度分维数D的关系，并与床面糙率n和代表粒径(d50、d90)的关系进行了比较，初步认为对于初始床面分维数与床面糙率具有更好的相关关系，而粗化床面两者代表性基本一致，为更好地研究床面糙率、泥沙起动及其输沙过程提出了一种新的研究方法。     

固结条件下软黏土微观孔隙结构的演化及其分形描述

利用扫描电镜(SEM)研究软黏土固结前后的微观结构,采用数字图像技术研究软黏土固结过程中微孔隙的大小、数量及其分布的演化规律.基于Sierpinski地毯的分形概念,结合量测数据给出了描述孔隙结构的Sierpinski分维数并研究其差异性.图像分析表明,随着固结压力的增大,软黏土的孔隙度和孔径趋于减小,孔径范围变窄,土体固结过程对孔隙级配具有一定的调节作用.分形研究表明,分维数的数值大小反映了软黏土固结过程中的孔隙度变化,固结压力愈大,孔隙度愈小,分维数愈大.分维数与孔隙度、固结压力、压缩量之间存在较为显著的线性回归关系,并能反映软黏土的结构性特点.研究结果揭示了土体宏观变形与微孔隙结构分形特性之间存在的相关关系,分维数可为软黏土固结变形预测提供依据.     

水文干旱的时间分形特征探讨

介绍了分形理论的基本概念及其分维计算方法．探讨了干旱要素在一定标度范围内的统计时间分形特征．通过实例分析表明：不同程度的干旱现象具有各自的时间演变规律，时间分形与干旱发生的周期存在反相关关系，即时间分维越小，干旱发生的周期越长，干旱现象越严重；而轻轻的干旱现象则以短周期为主，发生频繁，分维值较高．时间分维有可能对干旱规律的认识和预防有重要价值．     

基于分形理论的汉江中下游流域径流特性分析

为了从整体上全面、科学地描述汉江中下游流域径流特性,根据中下游主要干、支流水文站的年、月径流数据,通过 ArcGIS 工作平台计算分析了各站年、 月径流分维数,并基于分形理论研究了径流过程线的形态特征。结果表明：月径流过程线可看作是一种分形,其变化的复杂程度可用分维数表征,径流调节能力较强的大流域分维数小于小流域。由于水库调蓄作用,丹江口水库建成后分维数小于建库前。相距较近的流域所处 气候、下垫面条件相同,其分维一致性较好。     

嘉陵江汇流特性统计及分形分析

嘉陵江汇流特性对长江重庆河段的泥沙运动与河床演变影响重大。根据1955~2011年的原型实测水文资料,通过数理统计方法,分析了嘉陵江汇流比的变化趋势和频率分布特性,应用分形几何方法研究了日汇流过程曲线特征,提出采用分形汇流比RD全面量化复杂汇流过程,并探讨了RD的参数构成及变化规律。结果表明：嘉陵江日汇流比R的变幅随北碚站流量Q的增加而逐渐缩窄;各级流量对应的汇流比区间频率具有中间大、两端小的分布特性,累积频率分布曲线呈现两端平缓、中间陡峻的变化特点;分形汇流比RD随流量的增大而增大,全年RD与汛期RD的变化规律基本一致,汛期汇流过程对全年汇流特征影响显著。     

泥沙的分形表面和分形吸附模型

天然水体中泥沙对污染物的吸附过程对水质影响很大，己成为环境水力学研究领域中的热点问题之一。尽管采用分形理论分析泥沙颗粒表面现象方面取得了许多进展，但泥沙颗粒的分 维与污染物的吸附解吸的热力学和动力学特征之间的关系尚不清楚。针对这一问题，本文首 先介绍了分形几何学的基本概念、分形维数的定义以及分形表面的维数测定方法。并应用分形几何原理，从理论上推导出具有分形表面泥沙的分形吸附方程。这一方程与Freundlich等温吸附方程和Langmuir等温吸附方程相比更具有普遍意义。     

宽级配卵石推移质输移随机过程的分维研究

深入探讨、分析长江三峡工程上游河道宽级配卵石推移质输移特点及其随机过程，更清楚地认识三峡工程回水变动区河道泥沙运动规律是一个很重要的研究课题。本文应用70年代发展起来的现代数学手段分形（分维）几何学，R／S分析，对长江上游年来沙量过程进行分形特性分析，用R／S分析计算其分形维数，表明长江上游悬沙和推移质年沙量的分形维DH分别为1．321和1．378；赫斯特数H分别为0．679和0．622，均大于0．5，根据分形几何学，R／S分析原理，说明三峡工程上游来沙量发展过程发现为正相关，是具有持久记忆性，周期性的随机过程－分式布朗运动过程，长江上游沙量发展趋势有可能表现为：良性循环或恶性循环”两种，长江上游来沙量必须依靠持久的水土保持治理和水库群拦截，否则会出现恶性循环的可能，文中用分形几何学，R／S分析方法对宽级配卵石推移质输移实测随机过程进行计算，结果表明对测量时间间隔8－9分钟的采样，所获得的输沙率随机过程的分组数DH＝1．47（H＝0．53），接近马氏过程（DH＝1．5），测量时间间隔3分钟的采样，所获得的输沙率随机过程的分维数DH＝1．33（H＝0．67），为非马氏过程，表明过程具有持久记忆性和周期性。